JP7453390B2 - Wireless sensor network gateway with built-in intrinsically safe output for field-mounted access point antennas - Google Patents

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Description

本開示の実施形態は、一般に、危険環境(hazardous environment)に配置された無線
センサのための1つ又は複数のアクセスポイントスマートアンテナに電力を供給し、それと通信するための無線センサネットワークゲートウェイに関する。
Embodiments of the present disclosure generally relate to a wireless sensor network gateway for powering and communicating with one or more access point smart antennas for wireless sensors located in a hazardous environment.

工業用プロセスフィールドデバイスは、工業用プロセス制御及び監視システムにおいて使用され、プロセスセンサ(例えば、圧力センサ、温度センサ等)を用いて工業用プロセス変数を監視し、及び/又は工業用プロセスと相互作用する1つ又は複数の制御デバイス(例えば、アクチュエータ、バルブ等)を制御する。 Industrial process field devices are used in industrial process control and monitoring systems to monitor industrial process variables and/or interact with industrial processes using process sensors (e.g., pressure sensors, temperature sensors, etc.) one or more control devices (e.g., actuators, valves, etc.) that

しばしば、制御又は監視される工業用プロセスは、引火性ガスや蒸気、引火性液体、可燃性粉塵、発火性繊維などを含む雰囲気を有する環境など、火災や爆発が起こり得る危険性が常にある危険環境下にある。危険環境を分類するために業界で認められている慣行によれば、通常の操作条件下で、引火性ガス又は蒸気が発火濃度を有するか、又は有する可能性がある環境は、ゾーン0、ゾーン1又はディビジョン1の領域として指定され、一方、引火性ガス又は蒸気の発火濃度が異常条件下でのみ発生する可能性がある環境は、ゾーン2又はディビジョン2の領域として指定されている。可燃性又は引火性の物質が存在しない環境は、通常、非危険領域又は安全領域と呼ばれる。 Industrial processes that are often controlled or monitored are hazardous environments where there is a constant risk of fire or explosion, such as environments with atmospheres containing flammable gases or vapors, flammable liquids, combustible dusts, ignitable fibers, etc. in the environment. According to industry accepted practice for classifying hazardous environments, environments in which, under normal operating conditions, flammable gases or vapors have or are likely to have ignitable concentrations are classified as Zone 0, Zone 1 or Division 1 areas, while environments where ignition concentrations of flammable gases or vapors are likely to occur only under abnormal conditions are designated as Zone 2 or Division 2 areas. An environment free of combustible or flammable materials is commonly referred to as a non-hazardous or safe area.

危険環境に配置されるフィールドデバイスは、一般に「本質安全(intrinsic safety)」などの認定された技術を使用して爆発から保護された構造でなければならない。本質的に安全なデバイスは、電子機器内に存在するエネルギー量を制限し、電気的な故障が発生した場合にアーク放電が起こらないように電子部品の間隔を十分にとることで、引火性ガスの発火を防止する。また、電子部品によって発生する熱も制御される。ゾーン2やディビジョン2の危険環境下で使用される機器については、引火性物質又は可燃性物質が発火する濃度で存在するのは異常な状況下のみであるため、要求事項はそれほど厳しくない。 Field devices placed in hazardous environments generally must be constructed to be explosion protected using certified techniques such as "intrinsic safety." Intrinsically safe devices limit the amount of energy present within electronic equipment and ensure that electronic components are sufficiently spaced so that arcing does not occur in the event of an electrical failure. prevent ignition. Heat generated by electronic components is also controlled. For equipment used in Zone 2 or Division 2 hazardous environments, the requirements are less stringent because flammable or combustible substances are only present in ignitable concentrations under unusual circumstances.

米国特許出願公開第2018/0348041号公報US Patent Application Publication No. 2018/0348041

本開示の実施形態は、非危険環境に配置され、危険環境に配置された無線センサネットワークの1つ又は複数のアンテナに電力を供給し、データを通信するように構成された無線センサネットワークゲートウェイに関する。一実施形態では、ゲートウェイは、安全側回路、危険側回路、及び絶縁回路を含む。安全側回路は、非本質安全電源から電力を受け取るように構成された安全側電源回路と、非本質安全機器とデータを通信するように構成された安全側データ入出力(I/O)回路とを含む。危険側回路は、アンテナに電力を供給するように構成された危険側電源回路と、アンテナとの間でデータ信号を受け渡すように構成された危険側データ入出力回路とを含む。絶縁回路は、安全側回路を危険側回路から分離する。絶縁回路は、安全側電源回路を危険側電源回路に結合し、安全側電源回路と危険側電源回路との間に本質安全障壁を形成する電力絶縁回路と、安全側データ入出力回路を危険側データ入出力回路に結合し、安全側データ入出力回路と危険側データ入出力回路との間に本質安全障壁を形成するデータ絶縁回路とを含む。ゲートウェイのハウジングは、安全側回路、危険側回路、及び絶縁回路を支持する。 Embodiments of the present disclosure relate to a wireless sensor network gateway located in a non-hazardous environment and configured to power and communicate data to one or more antennas of a wireless sensor network located in a hazardous environment. . In one embodiment, the gateway includes a safe circuit, a dangerous circuit, and an isolated circuit. The safe circuits include a safe power supply circuit configured to receive power from a non-intrinsically safe power source and a safe data input/output (I/O) circuit configured to communicate data with non-intrinsically safe equipment. including. The dangerous circuit includes a dangerous power supply circuit configured to supply power to the antenna, and a dangerous data input/output circuit configured to transfer data signals to and from the antenna. Isolated circuits separate safe circuits from hazardous circuits. The isolation circuit is a power isolation circuit that connects the safe power circuit to the dangerous power circuit to form an intrinsically safe barrier between the safe power circuit and the dangerous power circuit, and a power isolation circuit that connects the safe data input/output circuit to the dangerous power circuit. A data isolation circuit is coupled to the data input/output circuit and forms an intrinsically safe barrier between the safe data input/output circuit and the hazardous data input/output circuit. The gateway housing supports safe circuits, hazardous circuits, and isolated circuits.

ゲートウェイの別の実施形態は、危険環境に配置された無線センサネットワークの複数のアンテナに電力を供給し、データを通信するように構成される。ゲートウェイは、安全側回路、危険側回路、及び絶縁回路を含む。安全側回路は、非本質安全電源から電力を受
け取るように構成された安全側電源回路と、各々が非本質安全機器とデータを通信するように構成された複数の安全側データ入出力(I/O)回路とを含む。危険側回路は、複数のアンテナに電力を供給するように構成された危険側電源回路と、各々が複数のアンテナのうちの1つとの間でデータ信号を受け渡すように構成された複数の危険側データ入出力回路とを含む。絶縁回路は、安全側回路を危険側回路から分離する。絶縁回路は、安全側電源回路を危険側電源回路に結合し、安全側電源回路と危険側電源回路との間に本質安全障壁を形成する電力絶縁回路と、各々が、複数の安全側データ入出力回路のうちの1つを複数の危険側データ入出力回路のうちの対応する1つに結合し、複数の安全側データ入出力回路と対応する複数の危険側データ入出力回路との間に本質安全障壁を形成する複数のデータ絶縁回路と、を含む。ゲートウェイのハウジングは、安全側回路、危険側回路、及び絶縁回路を支持する。
Another embodiment of the gateway is configured to power and communicate data to multiple antennas of a wireless sensor network located in a hazardous environment. The gateway includes a safe circuit, a dangerous circuit, and an isolated circuit. The safe circuit includes a safe power circuit configured to receive power from the non-intrinsically safe power source and a plurality of safe data input/outputs (I/Os) each configured to communicate data with the non-intrinsically safe equipment. O) circuit. The hazardous circuit includes a hazardous power circuit configured to power the plurality of antennas and a hazardous power circuit configured to provide power to the plurality of antennas, each configured to pass data signals to and from one of the plurality of antennas. side data input/output circuit. Isolated circuits separate safe circuits from hazardous circuits. The isolation circuits include power isolation circuits that couple the safe power circuits to the hazardous power circuits and form an intrinsically safe barrier between the safe power circuits and the hazardous power circuits; One of the output circuits is coupled to a corresponding one of the plurality of dangerous data input/output circuits, and a connection is made between the plurality of safe data input/output circuits and the plurality of corresponding dangerous data input/output circuits. a plurality of data isolation circuits forming an intrinsically safe barrier. The gateway housing supports safe circuits, hazardous circuits, and isolated circuits.

この発明の概要は、詳細な説明で後述する概念の一部を簡略化された形態で紹介するために提供される。この発明の概要は、特許請求される主題の主要な特徴又は本質的な特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求される主題の範囲を決定する際の補助として使用されることを意図するものでもない。特許請求される主題は、背景技術において言及されるいずれか又はすべての欠点を解決する実装形態に限定されない。 This Summary is provided to introduce some concepts in a simplified form that are described later in the Detailed Description. This Summary of the Invention is not intended to identify key or essential features of the claimed subject matter, but is to be used as an aid in determining the scope of the claimed subject matter. It's not even intended. The claimed subject matter is not limited to implementations that solve any or all disadvantages mentioned in the background section.

本開示の実施の形態による、無線センサネットワークゲートウェイを含む工業用プロセスセンサネットワークを示す簡略図である。1 is a simplified diagram illustrating an industrial process sensor network including a wireless sensor network gateway, according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の実施形態による、例示的なゲートウェイを示す簡略図である。1 is a simplified diagram illustrating an example gateway, according to an embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の実施形態による、図2のゲートウェイを複数のアンテナに接続するための電力接続及びデータ接続を示す簡略図である。3 is a simplified diagram illustrating power and data connections for connecting the gateway of FIG. 2 to multiple antennas, according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の実施形態による、例示的なゲートウェイを含む無線センサネットワークの一例を示す簡略図である。1 is a simplified diagram illustrating an example wireless sensor network including an example gateway, according to embodiments of the disclosure. FIG. 本開示の実施形態による、図4のゲートウェイを複数のアンテナに接続するための電力接続及びデータ接続を示す簡略図である。5 is a simplified diagram illustrating power and data connections for connecting the gateway of FIG. 4 to multiple antennas, according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の実施形態による、図4のゲートウェイを示す簡略図である。5 is a simplified diagram illustrating the gateway of FIG. 4, according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の実施形態による、無線センサネットワークゲートウェイの一例を示す簡略図である。1 is a simplified diagram illustrating an example of a wireless sensor network gateway, according to an embodiment of the present disclosure; FIG. 従来技術による工業用プロセス制御システムの無線センサネットワークを示す簡略図である。1 is a simplified diagram illustrating a wireless sensor network of an industrial process control system according to the prior art; FIG.

以下、本開示の実施の形態について、添付の図面を参照しながらより詳細に説明する。同一又は類似の参照符号を使用して識別される要素は、同一又は類似の要素を指す。しかしながら、本開示の様々な実施形態は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全であり、本開示の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。 Embodiments of the present disclosure will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings. Elements identified using the same or similar reference numbers refer to the same or similar elements. However, the various embodiments of this disclosure may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the disclosure to those skilled in the art.

本明細書で使用する場合、「危険環境」という用語は、危険と分類された環境(例えば、ゾーン0、ゾーン1、ゾーン2、ディビジョン1又はディビジョン2に分類された環境)を指し、電子フィールドデバイスは、本質安全基準(intrinsic safety standards)などの特定の防爆安全基準を満たす必要がある。本明細書では、「非危険環境」又は「安全環境」という用語は、危険ではないと分類され、電子フィールドデバイスが防爆安全基準を満たす必要がない環境を指すか、又は防爆要件がそれほど厳しくないゾーン2又はディビジョン2の領域内にある環境を指す。 As used herein, the term "hazardous environment" refers to an environment classified as hazardous (e.g., an environment classified as Zone 0, Zone 1, Zone 2, Division 1 or Division 2) that Devices must meet certain explosion-proof safety standards, such as intrinsic safety standards. As used herein, the term "non-hazardous environment" or "safe environment" refers to an environment that is classified as not hazardous and where electronic field devices are not required to meet explosion protection safety standards, or where explosion protection requirements are less stringent. Refers to environments within Zone 2 or Division 2 territory.

図8は、従来技術による工業用プロセス制御システムの無線センサネットワーク300の簡略図である。図示されたシステムでは、無線プロセス変数センサ(wireless process
variable sensors)302は、危険環境304に設置され、アクセスポイントスマート
アンテナ306とデータを無線通信するように構成されている。また、アンテナ306は、最高のネットワーク性能を達成するために、典型的には、危険環境304内でセンサ302に近接して配置されている。結果として、センサ302及びアンテナ306の両方は、危険環境304で動作するために、本質的に安全なデバイスとして構成される必要がある。
FIG. 8 is a simplified diagram of a wireless sensor network 300 of an industrial process control system according to the prior art. The illustrated system uses a wireless process variable sensor (wireless process variable sensor).
variable sensors) 302 are located in a hazardous environment 304 and configured to wirelessly communicate data with an access point smart antenna 306. Additionally, antenna 306 is typically placed in close proximity to sensor 302 within hazardous environment 304 to achieve the best network performance. As a result, both sensor 302 and antenna 306 need to be configured as inherently safe devices in order to operate in hazardous environment 304.

無線センサネットワークゲートウェイ310は、アンテナ306に電力を供給し、アンテナ306から配信されるデータ信号を非本質安全(NIS:non-intrinsically safe)機器312にルーティングするために使用されている。ゲートウェイ310を動作させるのに必要な電力は、NIS電源314によって供給されるため、電圧、電流、及び電力に対する厳しい制限によって、危険環境に対する本質的な安全要件を満たすようにゲートウェイ310を設計することは非現実的である。したがって、ゲートウェイ310は、防爆要件がそれほど厳しくないゾーン2又はディビジョン2の領域内、又は非危険環境316内に配置されなければならない。 Wireless sensor network gateway 310 is used to power antenna 306 and route data signals delivered from antenna 306 to non-intrinsically safe (NIS) equipment 312 . The power necessary to operate the gateway 310 is provided by the NIS power supply 314, so the gateway 310 is designed to meet essential safety requirements for hazardous environments with strict limits on voltage, current, and power. is unrealistic. Therefore, the gateway 310 must be located in a Zone 2 or Division 2 area, or in a non-hazardous environment 316, where explosion protection requirements are less stringent.

データ信号は、有線データ接続318を介してアンテナ306とゲートウェイ310との間で通信されてもよく、電力は、有線電力接続320を介してゲートウェイ310からアンテナ306に供給されてもよい。アンテナ306が危険環境304の本質安全基準を満たすことを保証するために、本質安全障壁322及び324が、非危険領域316内のゲートウェイ310とアンテナ306との間の接続部318及び320に沿って設けられている。 Data signals may be communicated between antenna 306 and gateway 310 via wired data connection 318 and power may be provided from gateway 310 to antenna 306 via wired power connection 320. Intrinsically safe barriers 322 and 324 are installed along connections 318 and 320 between gateway 310 and antenna 306 in non-hazardous area 316 to ensure that antenna 306 meets the intrinsic safety standards of hazardous environment 304. It is provided.

図8に例示された分離されたゲートウェイ310と本質的安全障壁322及び324との配置は、エマソン1410Dゲートウェイ及びエマソン781遠隔リンク(スマートアンテナ)を用いて形成されたものなど、無線センサネットワーク300に対する従来の構成に概ね対応する。しかしながら、この分離アプローチ(partitioned approach)の重大な欠点の1つは、顧客が、ゲートウェイ310とアンテナ306との間の適切な本質安全障壁322及び324を購入し、設置する必要があることである。特定の用途に適合するそのような障壁322及び324は、見つけるのが困難である可能性があり、購入及び設置に費用がかかる。本開示の実施形態は、これらの問題及び他の問題に対する解決策を提供し、従来の無線センサネットワークゲートウェイ310を超える利点を提供する。 The arrangement of separated gateway 310 and intrinsically safe barriers 322 and 324 illustrated in FIG. Generally corresponds to the conventional configuration. However, one significant drawback of this partitioned approach is that it requires the customer to purchase and install appropriate intrinsically safe barriers 322 and 324 between gateway 310 and antenna 306. . Such barriers 322 and 324 that fit a particular application can be difficult to find and expensive to purchase and install. Embodiments of the present disclosure provide solutions to these and other problems and provide advantages over conventional wireless sensor network gateways 310.

図1は、本開示の実施形態による、無線センサネットワークゲートウェイ102を有する工業用プロセスセンサネットワーク100の簡略図である。ネットワーク100はまた、1つ又は複数の本質安全アクセスポイントスマートアンテナ104(例えば、エマソン781遠隔リンク)と、1つ又は複数の無線センサ106とを含み、それらは、危険環境
108内に配置できるように、本質安全基準に従って設計されている。センサ106は、工業用プロセスのプロセス変数(例えば、圧力、温度、レベルなど)を検出、測定、又は中継するように構成されてもよい。センサ106は、無線で(例えば、RF信号により)アンテナ104との間でデータ信号を通信する。
FIG. 1 is a simplified diagram of an industrial process sensor network 100 having a wireless sensor network gateway 102, according to an embodiment of the present disclosure. Network 100 also includes one or more intrinsically safe access point smart antennas 104 (e.g., Emerson 781 remote links) and one or more wireless sensors 106 that can be placed within a hazardous environment 108. Designed according to intrinsic safety standards. Sensor 106 may be configured to detect, measure, or relay process variables (eg, pressure, temperature, level, etc.) of an industrial process. Sensor 106 communicates data signals to and from antenna 104 wirelessly (eg, via RF signals).

ゲートウェイ102は、ゾーン2、ディビジョン2、又は非危険環境112内に配置されるように構成され、有線電力接続114を介してアンテナ104に電力を供給し、有線データ接続116を介してアンテナ104との間でデータを通信する。ゲートウェイ102は、一般に、安全側回路120と、絶縁回路(isolation circuitry)122と、危険
側回路124とを備えている。ゲートウェイ102のハウジング126は、回路120、122、及び124を支持し、回路120、122、及び124の一部又は全部を取り囲
むことができる。
Gateway 102 is configured to be located within Zone 2, Division 2, or a non-hazardous environment 112 and provides power to antenna 104 via a wired power connection 114 and communicates with antenna 104 via a wired data connection 116. Communicate data between. Gateway 102 generally includes safe circuitry 120, isolation circuitry 122, and dangerous circuitry 124. A housing 126 of gateway 102 supports and may surround some or all of circuits 120, 122, and 124.

安全側回路120は、一般に、図8のゲートウェイ210と同様に、非本質安全電源128及び非本質安全機器130と接続するように構成されている。したがって、安全側回路120は、アンテナ104と非本質安全機器130との間のデータ信号の通信を容易にし、非本質安全電源128から受け取った電力を使用してアンテナ104に電力を供給することができる。 Safe side circuit 120 is generally configured to connect with non-intrinsically safe power source 128 and non-intrinsically safe equipment 130, similar to gateway 210 of FIG. Accordingly, safe circuit 120 facilitates communication of data signals between antenna 104 and non-intrinsically safe equipment 130 and may use power received from non-intrinsically safe power source 128 to power antenna 104. can.

危険側回路124は、一般に、有線電力接続114を介してアンテナ104の回路に電力を供給し、有線データ接続116を介してアンテナ104とのデータ通信を容易にするように構成されている。絶縁回路122は、危険側回路124と安全側回路120との間に本質安全障壁を提供するように構成され、電力接続114及びデータ接続116と、接続114及び116に沿ってアンテナ104に供給される電気信号とが、アンテナ104に必要とされる本質安全基準を満たすようにされる。いくつかの実施形態では、接続114及び116は、ゲートウェイ102とアンテナ104との間に延在する単一のケーブルで提供される。 Risk circuitry 124 is generally configured to power circuitry of antenna 104 via wired power connection 114 and to facilitate data communication with antenna 104 via wired data connection 116 . Isolation circuit 122 is configured to provide an intrinsically safe barrier between hazardous circuit 124 and safe circuit 120 and is connected to power connection 114 and data connection 116 and to antenna 104 along connections 114 and 116. The electrical signals generated by the antenna 104 are made to meet the required intrinsic safety standards for the antenna 104. In some embodiments, connections 114 and 116 are provided in a single cable extending between gateway 102 and antenna 104.

一実施形態では、ゲートウェイ102は、図1に示されるように、制御室134においてゲートウェイ102から遠隔に配置され得るコンピュータ化された制御ユニット132に接続されてもよい。制御ユニット132は、2線式制御ループ136などの適切な物理通信リンク、又は無線通信リンクを介してゲートウェイ102に通信可能に結合されてもよい。したがって、制御室134は、ゲートウェイ102を介してアンテナ104との間でデータ信号を通信する非本質安全機器130として動作することができる。 In one embodiment, gateway 102 may be connected to a computerized control unit 132, which may be located remotely from gateway 102 in a control room 134, as shown in FIG. Control unit 132 may be communicatively coupled to gateway 102 via a suitable physical communication link, such as a two-wire control loop 136, or a wireless communication link. Accordingly, control room 134 may operate as a non-intrinsically safe device 130 communicating data signals to and from antenna 104 via gateway 102.

制御ユニット132とゲートウェイ102との間の通信は、従来のアナログ及び/又はデジタル通信プロトコルに従って、制御ループ136を介して実行されてもよい。いくつかの実施形態では、制御ループ136は、2線式で4~20ミリアンペアの制御ループを含み、センサ106のうちの1つによって検出され、アンテナ104によってゲートウェイ102に通信されるプロセス変数又は他の値は、制御ループ136を通って流れるループ電流Iのレベルによって表されてもよい。例示的なデジタル通信プロトコルは、HART(登録商標)通信規格に従うような、2線式制御ループ136のアナログ電流レベルに対するデジタル信号の変調を含む。また、フィールドバス(FieldBus)及びプロフィバス(Profibus)通信プロトコルを含む、他の純粋なデジタル技術が採用されてもよい。 Communication between control unit 132 and gateway 102 may be performed via control loop 136 according to conventional analog and/or digital communication protocols. In some embodiments, control loop 136 includes a two-wire, 4-20 milliamp control loop that controls process variables or other signals detected by one of sensors 106 and communicated to gateway 102 by antenna 104. The value of may be represented by the level of loop current I flowing through control loop 136. An exemplary digital communication protocol includes modulation of a digital signal on the analog current level of the two-wire control loop 136, such as in accordance with the HART® communication standard. Other purely digital technologies may also be employed, including FieldBus and Profibus communication protocols.

ゲートウェイ102は、交流電力主電源(A. C. power main)、イーサネット(登録商標)を介した電力、バッテリ、発電機(ソーラーパネル、風力発電機など)、又は別の電源など、任意の適切な電源128によって電力を供給されてもよい。一実施形態では、制御室132は、図1に示されるように、制御ループ136を通って流れる電流Iを使用してゲートウェイ102に電力を供給することによって、電源128を構成することができる。 The gateway 102 may be powered by any suitable power source 128, such as an A.C. power main, power over Ethernet, a battery, a generator (solar panel, wind generator, etc.), or another power source. may be powered by. In one embodiment, control room 132 may configure power supply 128 by powering gateway 102 using current I flowing through control loop 136, as shown in FIG.

図2は、本開示の実施形態による、例示的なゲートウェイ102Aの簡略図である。一実施形態では、ゲートウェイ102Aの安全側回路120は、安全側電源回路140と安全側データ入出力(I/O)回路142とを含む。電源回路140は、NIS電源128から電力144を受け取るように動作し、データI/O回路142は、制御ユニット132(図1)及び/又は他の機器を含み得るNIS機器130とデータ信号146を通信するように動作する。 FIG. 2 is a simplified diagram of an example gateway 102A, according to an embodiment of the present disclosure. In one embodiment, secure circuitry 120 of gateway 102A includes a secure power supply circuit 140 and a secure data input/output (I/O) circuit 142. Power supply circuit 140 operates to receive power 144 from NIS power supply 128, and data I/O circuit 142 communicates data signals 146 with NIS equipment 130, which may include control unit 132 (FIG. 1) and/or other equipment. act to communicate.

一実施形態では、ゲートウェイ102Aの危険側回路124は、電力接続114を介してアンテナ104に電力150を供給する危険側電源回路148を含む。いくつかの実施
形態では、危険側電源回路148は、電力接続114を介してそれを放電する前に、電力150を処理する(例えば、電力、電圧、及び/又は電流を、調整又は制限する)。
In one embodiment, the dangerous circuit 124 of the gateway 102A includes a dangerous power circuit 148 that provides power 150 to the antenna 104 via the power connection 114. In some embodiments, hazardous power circuit 148 processes power 150 (e.g., regulates or limits power, voltage, and/or current) before discharging it through power connection 114. .

また、ゲートウェイ102Aの危険側回路124は、データ接続116を介してアンテナ104とゲートウェイ102Aとの間のデータ信号146の通信を容易にする危険側データI/O回路152を含むことができる。危険側データI/O回路152及び/又は安全側データI/O回路142は、アンテナ104及び/又は機器130とデータ信号146を通信する場合に、RS-485、ファウンデーションフィールドバス、フィールドバス本質安全コンセプト(FISCO:Fieldbus Intrinsically Safe Concept)、IEE
E 802.3cg/APL/2-WISEなどの、データ通信規格を実装するように構成されてもよい。
The hazardous circuit 124 of the gateway 102A may also include a hazardous data I/O circuit 152 that facilitates communication of data signals 146 between the antenna 104 and the gateway 102A via the data connection 116. The hazardous data I/O circuit 152 and/or the safe data I/O circuit 142 may use RS-485, Foundation Fieldbus, or Fieldbus Intrinsically Safe when communicating data signals 146 with the antenna 104 and/or equipment 130. Concept (FISCO: Fieldbus Intrinsically Safe Concept), IEE
The data communication standard may be configured to implement a data communication standard, such as E 802.3cg/APL/2-WISE.

ゲートウェイ102Aの絶縁回路122は、電力絶縁回路154を含み、電力絶縁回路154は、安全側電源回路140を危険側電源回路148に結合し、安全側電源回路140と危険側電源回路148との間に本質安全障壁を形成する。電力絶縁回路154の本質安全障壁は、安全側電源回路140と危険側電源回路148との間を直接通過する電力を遮断することができ、及び/又は安全側電源回路140から受け取った非本質安全入力電力144’を本質安全電力144”に変換することができる。危険側電源回路148は、任意選択で、電力接続114に沿って電力150をアンテナ104に供給する前に、電力絶縁回路から出力された本質安全電力144”を処理する。 The isolation circuit 122 of the gateway 102A includes a power isolation circuit 154 that couples the safe power circuit 140 to the hazardous power circuit 148 and that connects the safe power circuit 140 and the hazardous power circuit 148. form an intrinsically safe barrier. The intrinsically safe barrier of the power isolation circuit 154 can block power passing directly between the safe power circuit 140 and the hazardous power circuit 148 and/or block any non-intrinsically safe power received from the safe power circuit 140. The input power 144' may be converted to intrinsically safe power 144''. The hazardous power circuit 148 optionally converts the power 150 from the power isolation circuit before providing the power 150 along the power connection 114 to the antenna 104. Intrinsically safe power 144'' is processed.

また、ゲートウェイ102Aの絶縁回路122は、データ絶縁回路156を含み、データ絶縁回路156は、安全側データI/O回路142を危険側データI/O回路152に結合し、安全側データI/O回路142と危険側データI/O回路152との間の本質安全障壁を形成する。いくつかの実施形態では、データ絶縁回路156の本質安全障壁は、安全側データI/O回路142と危険側データI/O回路152との間を直接伝送する電気信号を遮断する障壁を形成する。この絶縁は、安全側データI/O回路142における電流スパイク又は電圧スパイクが、危険側データI/O回路152及びアンテナ104に到達することを防止する。 The isolation circuit 122 of the gateway 102A also includes a data isolation circuit 156 that couples the safe data I/O circuit 142 to the dangerous data I/O circuit 152 and connects the safe data I/O circuit 142 to the dangerous data I/O circuit 152. Forms an intrinsically safe barrier between circuit 142 and hazardous data I/O circuit 152. In some embodiments, the intrinsically safe barrier of data isolation circuit 156 forms a barrier that blocks electrical signals transmitting directly between safe data I/O circuit 142 and hazardous data I/O circuit 152. . This isolation prevents current or voltage spikes in safe data I/O circuit 142 from reaching dangerous data I/O circuit 152 and antenna 104.

いくつかの実施形態では、ゲートウェイ102Aは、複数のアクセスポイントスマートアンテナ104に電力を供給し、通信するように構成されている。図3は、ゲートウェイ102Aを複数アンテナ104(対応するセンサ106A及び106Bとそれぞれ通信するアンテナ104A及び104B等)に接続するための電力接続114及びデータ接続116を説明する簡略図である。図示を簡略化するために、ゲートウェイ102の危険側電源回路148及び危険側データI/O回路152のみが図示されている。 In some embodiments, gateway 102A is configured to power and communicate with multiple access point smart antennas 104. FIG. 3 is a simplified diagram illustrating power connections 114 and data connections 116 for connecting gateway 102A to multiple antennas 104 (such as antennas 104A and 104B that communicate with corresponding sensors 106A and 106B, respectively). To simplify the illustration, only the hazardous power supply circuit 148 and the hazardous data I/O circuit 152 of the gateway 102 are shown.

一実施形態では、安全側電源回路140、電力絶縁回路154、及び危険側電源回路148によって形成される単一の電力チャネルからアンテナ104に電力を供給するために、別々の電力接続114A及び114Bを使用することができる。代替的に、ネットワーク100のアンテナ104の各々に対して、別個の分離された電力チャネルが、提供されてもよい。 In one embodiment, separate power connections 114A and 114B are used to power antenna 104 from a single power channel formed by safe power circuit 140, power isolation circuit 154, and hazardous power circuit 148. can be used. Alternatively, separate and separate power channels may be provided for each antenna 104 of network 100.

ゲートウェイ102Aの安全側データI/O回路142、データ絶縁回路156、及び危険側データI/O回路152によって形成される単一のデータチャンネルと、複数のアンテナ104A及び104Bの各々との間のデータ通信は、図3に示すように、危険側データI/O回路からアンテナ104A及び104Bの各々にまで延在する共通データ通信バスの形態でのデータ接続116によって容易にされてもよい。ゲートウェイ102Aは、同様の方法で、追加のアンテナ104とのデータ通信を提供してもよい。したがって、バス116から複数のアンテナ104の各々への別個のドロップを使用して、ファウンデ
ーションフィールドバス、プロフィバス、及びFISCOなどのデータ通信プロトコルが実装されてもよい。IEEE 802.3cg/APL/2-WISE通信プロトコルは、複数のアクセスポイントスマートアンテナ104に対して、危険側データI/O回路152など、単一データチャンネルにAPLフィールドスイッチを含めることによって実装されてもよい。
Data between a single data channel formed by safe data I/O circuit 142, data isolation circuit 156, and hazardous data I/O circuit 152 of gateway 102A and each of multiple antennas 104A and 104B. Communication may be facilitated by data connections 116 in the form of a common data communication bus extending from the hazardous data I/O circuit to each of antennas 104A and 104B, as shown in FIG. Gateway 102A may provide data communication with additional antennas 104 in a similar manner. Thus, data communication protocols such as Foundation Fieldbus, Profibus, and FISCO may be implemented using separate drops from bus 116 to each of the plurality of antennas 104. The IEEE 802.3cg/APL/2-WISE communication protocol is implemented by including an APL field switch in a single data channel, such as at risk data I/O circuit 152, for multiple access point smart antennas 104. Good too.

図4は、本開示の実施形態による、例示的なゲートウェイ102Bを含む無線センサネットワーク100の一例の簡略図である。ゲートウェイ102Bとゲートウェイ102A(図2)との主な区別は、複数のデータ通信チャンネル(例えば0-n)を含むことであり、複数のデータ通信チャンネルの各々は、安全側データI/O回路142、データ絶縁回路156、及び危険側データI/O回路152の接続セットによって形成される。データ通信チャネルの各々は、対応する機器130(0~n)と対応するアンテナ104(0~n)との間でデータを通信するように構成されている。データ通信チャネルの各々は、安全側データI/O回路142、データ絶縁回路156、及び危険側データI/O回路152によって形成されるゲートウェイ102A(図2)の単一のデータ通信チャンネルに関して、上述した方法で動作することができる。 FIG. 4 is a simplified diagram of an example wireless sensor network 100 including an example gateway 102B, according to an embodiment of the disclosure. The primary distinction between gateway 102B and gateway 102A (FIG. 2) is that they include multiple data communication channels (eg, 0-n), each of which is connected to secure data I/O circuitry 142. , a data isolation circuit 156 , and a connected set of hazardous data I/O circuits 152 . Each of the data communication channels is configured to communicate data between a corresponding device 130(0-n) and a corresponding antenna 104(0-n). Each of the data communication channels is described above with respect to a single data communication channel of gateway 102A (FIG. 2) formed by safe data I/O circuit 142, data isolation circuit 156, and hazardous data I/O circuit 152. can operate in the same way.

図5は、ゲートウェイ102Bを複数アンテナ104(対応するセンサ106A及び106Bとそれぞれ通信するアンテナ104A及び104B等)に接続するための電力接続114及びデータ接続116を示す簡略図である。図示を簡略化するために、ゲートウェイ102Bの危険側電源回路148及び危険側データI/O回路152のうちの2つだけが図示されている。 FIG. 5 is a simplified diagram illustrating power connections 114 and data connections 116 for connecting gateway 102B to multiple antennas 104 (such as antennas 104A and 104B that communicate with corresponding sensors 106A and 106B, respectively). To simplify the illustration, only two of the hazardous power supply circuit 148 and the hazardous data I/O circuit 152 of the gateway 102B are shown.

一実施例では、別々の電力接続114A及び114Bを用いて、危険側電源回路148から複数のアンテナ104A及び104Bに電源150を供給することができる。電力は、同様の方法で追加のアンテナ104に供給されてもよい。 In one embodiment, separate power connections 114A and 114B may be used to provide power 150 from hazardous power circuit 148 to multiple antennas 104A and 104B. Power may be provided to additional antennas 104 in a similar manner.

ゲートウェイ102Bの危険側データI/O回線152の各々と複数アンテナ104A及び104Bとの間のデータ通信は、ゲートウェイ102Bのデータ通信チャネルの1つにそれぞれ接続された別々のデータ接続116A及び116Bによって容易化されてもよい。ゲートウェイ102Bは、同様の方法で追加のアンテナ104とのデータ通信を提供することができる。 Data communication between each of the dangerous data I/O lines 152 of gateway 102B and multiple antennas 104A and 104B is facilitated by separate data connections 116A and 116B, each connected to one of the data communication channels of gateway 102B. may be converted into Gateway 102B may provide data communication with additional antennas 104 in a similar manner.

図6は、本開示の実施形態による、ゲートウェイ102Bの簡略図である。図6に示された特徴は、適用可能な場合にはゲートウェイ102Aに適用することができる。 FIG. 6 is a simplified diagram of gateway 102B, according to an embodiment of the disclosure. The features shown in FIG. 6 may be applied to gateway 102A where applicable.

一実施形態では、安全側電源回路140は、電力サージが発生した場合に回路を開くように構成されたヒューズ160を含む。安全側電源回路140は、安全側電源回路140を、NIS電源128に接続され得る1つ又は複数のケーブル164に接続するための1つ又は複数のコネクタ162を含むことができる。 In one embodiment, safe power circuit 140 includes a fuse 160 configured to open the circuit in the event of a power surge. The safe power circuit 140 may include one or more connectors 162 for connecting the safe power circuit 140 to one or more cables 164 that may be connected to the NIS power source 128.

電力絶縁回路154の一実施形態は、安全側電源回路140から危険側電源回路148への電力144’の直接的な通過をブロックする変圧器166を含む。変圧器166は、入力側で電源128から電力144’を受け取り、出力側へ電力144”を伝送する。いくつかの実施形態では、変圧器166は、入力側で受け取った電力144’の電圧よりも低い電圧で出力側に電力144”を放電させる降圧変圧器である。 One embodiment of power isolation circuit 154 includes a transformer 166 that blocks the direct passage of power 144' from safe power circuit 140 to hazardous power circuit 148. Transformer 166 receives power 144' from power supply 128 at its input and transmits power 144' to its output. In some embodiments, transformer 166 receives power 144' from power supply 128 at its input. It is also a step-down transformer that discharges 144" of power to the output side at a low voltage.

危険側電源回路148は、電力サージが発生した場合に回路を開くように構成されたヒューズ170、及び/又は電圧出力調整回路172を含むことができる。電圧出力調整回路172は、電力144”の電圧を調整するように動作して、電力150を受け取る1つ
又は複数のアンテナ104の本質安全電力要件を満たす電力150を形成することができる。電圧出力調整回路172は、様々な形態をとることができ、ツェナーダイオードや抵抗器などの電力制限部材を含むことができる。また、危険側電源回路148は、1つ又は複数の電力接続114を形成する1つ又は複数のケーブルを接続するためのコネクタ174を含むことができる。
Hazardous power circuit 148 may include a fuse 170 and/or voltage output regulation circuit 172 configured to open the circuit in the event of a power surge. Voltage output regulation circuit 172 may operate to regulate the voltage of power 144'' to form power 150 that meets the intrinsically safe power requirements of one or more antennas 104 receiving power 150. Voltage output The regulation circuit 172 can take various forms and can include power limiting members such as Zener diodes and resistors. The hazardous power circuit 148 also forms one or more power connections 114. A connector 174 may be included for connecting one or more cables.

ゲートウェイ102Bの1つ又は複数の安全側データI/O回路142の各々は、対応するNIS機器130とデータ絶縁回路156との間で通信されるデータ信号146の電流及び/又は電圧を制限するように構成された電力制限回路176を含むことができる。電力制限回路176は、様々な形態をとることができ、電流、電圧及び/又は電力制限部材(例えば、抵抗器、ヒューズ、ツェナーダイオードなど)を含むことができる。いくつかの実施形態では、安全側データI/O回路142は、安全側データ回路142を、NIS機器130に接続され得る1つ又は複数のケーブル180に接続するためのコネクタ178を含む。 Each of the one or more secure data I/O circuits 142 of gateway 102B is configured to limit the current and/or voltage of data signals 146 communicated between the corresponding NIS equipment 130 and data isolation circuit 156. The power limiting circuit 176 may include a power limiting circuit 176 configured to. Power limiting circuit 176 may take various forms and may include current, voltage and/or power limiting members (eg, resistors, fuses, Zener diodes, etc.). In some embodiments, secure data I/O circuit 142 includes a connector 178 for connecting secure data circuit 142 to one or more cables 180 that may be connected to NIS equipment 130.

ゲートウェイ102Bの1つ又は複数の危険側データI/O回路152の各々は、データ絶縁回路156と対応するアンテナ104との間で通信されるデータ信号146の電流及び/又は電圧を制限するように構成された電力制限回路182を含むことができる。電力制限回路182は、上述の電力制限回路176と同様の方法で形成することができ、電流、電圧、及び/又は電力制限部材(例えば、抵抗器、ヒューズ、ツェナーダイオードなど)を含むことができる。いくつかの実施形態では、危険側データI/O回路152は、データ接続116を形成する1つ又は複数のケーブルに接続するためのコネクタ184を含む。 Each of the one or more hazardous data I/O circuits 152 of the gateway 102B is configured to limit the current and/or voltage of the data signal 146 communicated between the data isolation circuit 156 and the corresponding antenna 104. A configured power limiting circuit 182 may be included. Power limiting circuit 182 may be formed in a manner similar to power limiting circuit 176 described above and may include current, voltage, and/or power limiting components (e.g., resistors, fuses, Zener diodes, etc.). . In some embodiments, hazardous data I/O circuit 152 includes a connector 184 for connecting to one or more cables forming data connection 116.

ゲートウェイ102Bの1つ又は複数のデータ絶縁回路156の各々は、危険側データI/O回路152及び対応するアンテナ104に完全なガルバニック絶縁を提供するガルバニックデータ絶縁回路186を含むことができる。これにより、データ接続116を形成する配線が簡略化され、過渡電位差及び接地電位差に対して耐性を有することができる。さらに、データ絶縁回路156及び危険側データI/O回路152は、不注意によるデータ接続配線の断線、相互接続、及び接地を許容するように構成され、それによって、データ接続116の配線が標準的な低コストのケーブル188に混在することを可能にする。これにより、配線の設置コスト及び複雑さが低減される。 Each of the one or more data isolation circuits 156 of the gateway 102B may include a galvanic data isolation circuit 186 that provides complete galvanic isolation to the hazardous data I/O circuit 152 and the corresponding antenna 104. This simplifies the wiring forming the data connection 116 and makes it resistant to transient potential differences and ground potential differences. Additionally, data isolation circuit 156 and hazardous data I/O circuit 152 are configured to tolerate inadvertent disconnection, interconnection, and grounding of data connection wiring, thereby ensuring that data connection 116 wiring is standard. This makes it possible to mix in a low-cost cable 188. This reduces wiring installation costs and complexity.

一実施形態では、ガルバニックデータ絶縁回路186は、電気信号が安全側データI/O回路142と危険側データI/O回路152との間を直接伝送することを防止する適切な光カプラ190を備えている。光カプラ190は、一般に、危険側データI/O回路152から受け取ったデータ信号146を光信号に変換し、光信号を光路を介して伝送し、光信号を電気データ信号に変換し、電気データ信号146を安全側データI/O回路142に出力する。同様に、光カプラ190はまた、安全側データI/O回路142から受け取ったデータ信号146を光信号に変換し、光信号を光路を介して伝送し、光信号を電気データ信号に変換し、電気データ信号146を危険側データI/O回路152に出力するように構成されてもよい。 In one embodiment, galvanic data isolation circuit 186 includes a suitable optical coupler 190 that prevents electrical signals from directly transmitting between safe data I/O circuit 142 and hazardous data I/O circuit 152. ing. Optical coupler 190 generally converts data signal 146 received from hazardous data I/O circuit 152 into an optical signal, transmits the optical signal over an optical path, converts the optical signal into an electrical data signal, and converts the optical signal into an electrical data signal. A signal 146 is output to the safe side data I/O circuit 142. Similarly, the optical coupler 190 also converts the data signal 146 received from the secure data I/O circuit 142 into an optical signal, transmits the optical signal over an optical path, converts the optical signal into an electrical data signal, The electrical data signal 146 may be configured to output to the hazardous data I/O circuit 152.

したがって、上述の実施形態のうちの1つ又は複数に従って形成されたゲートウェイ102は、絶縁回路122を組み込んでおり、絶縁回路122は、危険環境108に配置された1つ又は複数のアンテナの端子に対して、電力接続114及びデータ接続116と接続を介して通信される電気信号とを本質的に安全にする。したがって、ゲートウェイ102は、図8に示される障壁322及び324などの、従来のゲートウェイ310の追加の外部本質安全障壁を必要としない。 Accordingly, a gateway 102 formed according to one or more of the embodiments described above incorporates an isolation circuit 122 that connects to terminals of one or more antennas located in a hazardous environment 108. In contrast, power connection 114 and data connection 116 and the electrical signals communicated over the connections are inherently secure. Therefore, gateway 102 does not require additional external intrinsically safe barriers of conventional gateway 310, such as barriers 322 and 324 shown in FIG.

所与の無線センサネットワークに必要とされ得る本質安全要件は、1つ又は複数のスマートアンテナが配置され得る特定のタイプの危険環境に依存し得る。加えて、所与の危険環境に対する本質安全基準は、国によって異なり得るし、また、時間の経過とともに変化する可能性がある。その結果、その用途に応じてゲートウェイ102の回路をカスタマイズすることが必要になる場合がある。さらに、新しい本質安全基準を満たすために、設置されたゲートウェイ102の回路を定期的に更新すること、又はゲートウェイ102の誤動作している回路を修復することが必要な場合がある。 Intrinsic safety requirements that may be required for a given wireless sensor network may depend on the particular type of hazardous environment in which one or more smart antennas may be placed. Additionally, intrinsic safety standards for a given hazardous environment may vary from country to country and may change over time. As a result, it may be necessary to customize the circuitry of gateway 102 depending on its application. Additionally, it may be necessary to periodically update the circuitry of an installed gateway 102 or repair malfunctioning circuitry of the gateway 102 to meet new intrinsic safety standards.

図7は、絶縁回路122及び/又は危険側回路124などのゲートウェイ102の回路のカスタマイズ及び更新を簡略化するように構成された無線センサネットワークゲートウェイ102の一例の簡略図である。一実施形態では、ゲートウェイ102のハウジング126は、一般に200と表記される1つ又は複数のモジュール受容部を含み、その各々は、対応するモジュール202を受け入れるように構成されている。一実施形態では、各モジュール202は、絶縁回路122の少なくとも一部分及び/又は危険側回路124の少なくとも一部分を含む。モジュールは、対応するモジュール受容部に挿入されて、絶縁回路122の一部及び/又は危険側回路124の一部を、対応する安全側回路120に接続して動作可能なゲートウェイ102を形成することができる。タブ及び戻り止めコネクタ、又は他の適切なコネクタなどのコネクタ204は、モジュール202の各々をそのモジュール受容部200内に固定するように動作する。その結果、ゲートウェイ102は、ゲートウェイ用の特定のアプリケーションが必要とするモジュール202を挿入することによって、所与のアプリケーションのために容易にカスタマイズされ得るし、又は、例えば、現在の本質安全基準を満たさないか、又は誤動作しているゲートウェイの1つ又は複数の既存のモジュール202を新しいモジュール202と交換することによって、容易にメンテナンス(更新、修復など)され得る。 FIG. 7 is a simplified diagram of an example wireless sensor network gateway 102 configured to simplify customization and updating of circuits of the gateway 102, such as isolation circuit 122 and/or hazardous circuit 124. In one embodiment, the housing 126 of the gateway 102 includes one or more module receptacles, generally designated 200, each configured to receive a corresponding module 202. In one embodiment, each module 202 includes at least a portion of the isolated circuit 122 and/or at least a portion of the hazardous circuit 124. The module is inserted into a corresponding module receptacle to connect a portion of the isolated circuit 122 and/or a portion of the dangerous circuit 124 to the corresponding safe circuit 120 to form an operational gateway 102. Can be done. A connector 204, such as a tab and detent connector, or other suitable connector, operates to secure each module 202 within its module receptacle 200. As a result, the gateway 102 can be easily customized for a given application by inserting modules 202 that the particular application requires for the gateway, or for example, to meet current intrinsic safety standards. Maintenance (updates, repairs, etc.) can be easily performed by replacing one or more existing modules 202 of a missing or malfunctioning gateway with new modules 202.

一実施例では、ゲートウェイ102は、電力絶縁回路154の一部又は全部、及び/又は危険側電源回路148の一部又は全部を含む、1つ又は複数の電源モジュール202Aを含んでおり、ハウジング126は、図7に示すように、電源モジュール202Aを受け入れるように構成された電源モジュール受容部200Aを含む。したがって、電源モジュール202Aの実施形態は、電力絶縁回路154の全部又は一部、及び/又は危険側電源回路148の全部又は一部を含む。電力絶縁回路154及び/又は危険側電源回路148の残りの回路は、電源モジュール202Aが受容部200Aから取り外された場合にも、ハウジング126によって支持されたままであってもよい。電源モジュール202Aが受容部200A内に完全に受け入れられると、安全側電源回路140と電力絶縁回路154と危険側電源回路148との間に電気接続が形成される。追加の電源モジュール202A及び対応する受容部200Aは、複数の電力供給源を提供するためにゲートウェイ102に実装されてもよい。 In one example, the gateway 102 includes one or more power modules 202A that include some or all of the power isolation circuit 154 and/or some or all of the hazardous power circuit 148, and the housing 126 includes a power module receiver 200A configured to receive a power module 202A, as shown in FIG. Accordingly, embodiments of power module 202A include all or a portion of power isolation circuit 154 and/or all or a portion of hazardous power circuit 148. Power isolation circuit 154 and/or the remaining circuits of hazardous power circuit 148 may remain supported by housing 126 when power module 202A is removed from receiver 200A. When power module 202A is fully received within receptacle 200A, electrical connections are made between safe power circuit 140, power isolation circuit 154, and hazardous power circuit 148. Additional power modules 202A and corresponding receptacles 200A may be implemented in gateway 102 to provide multiple power sources.

ゲートウェイ102はまた、1つ又は複数のデータモジュール202Bを含んでもよく、データモジュール202Bの各々は、少なくともデータ絶縁回路156の一部及び/又は危険側データ回路152の一部を含んでおり、ハウジング126は、1つ又は複数のデータモジュール受容部200Bを含み、その各々は、図7に示されるように、データモジュール202Bのうちの1つを受け入れるように構成されている。したがって、データモジュール202Bの実施形態は、データ絶縁回路156の全部又は一部、及び/又は危険側データ回路152の全部又は一部を含む。データ絶縁回路156及び/又は危険側データ回路152の残りの回路は、データモジュール202Bが受容部200Bから取り外された場合にも、ハウジング126によって支持されたままであってもよい。データモジュール202Bが受容部200B内に完全に受け入れられると、安全側データ回路142とデータ絶縁回路156と危険側データI/O回路152との間に電気接続が形成される。 Gateway 102 may also include one or more data modules 202B, each of which includes at least a portion of data isolation circuitry 156 and/or a portion of hazardous data circuitry 152, and a housing. 126 includes one or more data module receptacles 200B, each configured to receive one of the data modules 202B, as shown in FIG. Accordingly, embodiments of data module 202B include all or a portion of data isolation circuitry 156 and/or all or a portion of hazardous data circuitry 152. Data isolation circuit 156 and/or the remaining circuits of hazardous data circuit 152 may remain supported by housing 126 when data module 202B is removed from receiver 200B. When data module 202B is fully received within receptacle 200B, electrical connections are made between safe data circuitry 142, data isolation circuitry 156, and hazardous data I/O circuitry 152.

いくつかの実施形態では、モジュール受容部200の形状は、ユーザがデータモジュール202Bを電源モジュール受容部200Aに挿入することを防ぐために、又は、電源モジュール202Aをデータモジュール受容部200Bに挿入することを防ぐために、対応するモジュール202にキー設定されている(keyed)。例えば、モジュール202及び
モジュール受容部200のソケットの外形形状は、モジュール202が意図されたモジュール受容部200にのみ挿入されること可能にするタブ及び溝などの特徴を含んでいてもよい。
In some embodiments, the shape of module receptacle 200 is configured to prevent a user from inserting data module 202B into power module receptacle 200A or to prevent a user from inserting power module 202A into data module receptacle 200B. To prevent this, the corresponding module 202 is keyed. For example, the profile of the module 202 and the socket of the module receiver 200 may include features such as tabs and grooves that allow the module 202 to be inserted only into the intended module receiver 200.

いくつかの実施形態では、ゲートウェイ102は、回路を含まない充填モジュールを含んでいてもよく、充填モジュールは、開放モジュール受容部200を塞ぐために使用されてもよい。 In some embodiments, the gateway 102 may include a fill module that does not include circuitry, and the fill module may be used to plug the open module receptacle 200.

ハウジングは、仮想線で図示するように、モジュール受容部200のためのカバー206を含んでいてもよい。カバー206は、モジュール受容部200内にモジュール202を設置するために取り外され、次いで、環境条件からモジュール202及びゲートウェイ102の回路を保護するために設置されてもよい。 The housing may include a cover 206 for the module receiver 200, as shown in phantom. Cover 206 may be removed to install module 202 within module receptacle 200 and then installed to protect circuitry of module 202 and gateway 102 from environmental conditions.

好ましい実施形態を参照して本開示の実施形態を説明してきたが、当業者であれば、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細に変更を加え得ることを理解するであろう。
Although embodiments of the disclosure have been described with reference to preferred embodiments, those skilled in the art will appreciate that changes may be made in form and detail without departing from the spirit and scope of the disclosure. Dew.

Claims (20)

非危険環境に配置され、危険環境に配置された無線センサネットワークのアンテナに電力を供給し、データを通信するように構成された、工業用プロセスのプロセス変数を監視又は制御するために使用される工業用プロセスのための無線センサネットワークゲートウェイであって、
非本質安全電源から電力を受け取るように構成された安全側電源回路と、遠隔に配置された工業用プロセス制御ユニットを含む非本質安全機器と前記工業用プロセスのプロセス変数に関連するプロセス変数データを通信するように構成された安全側データ入出力回路と、を含む安全側回路と、
前記アンテナに電力を供給するように構成された危険側電源回路と、遠隔に配置された無線フィールドデバイスであって、前記工業用プロセスのプロセス変数を検知又は制御するために使用される無線フィールドデバイスとの間で前記プロセス変数データを通信するために、前記アンテナとの間で前記プロセス変数データに関連するデータ信号を受け渡すように構成された危険側データ入出力回路と、を含む危険側回路と、
前記安全側回路を前記危険側回路から分離する絶縁回路であって、前記安全側電源回路を前記危険側電源回路に結合し、前記安全側電源回路と前記危険側電源回路との間に本質安全障壁を形成する電力絶縁回路と、前記安全側データ入出力回路を前記危険側データ入出力回路に結合し、前記安全側データ入出力回路と前記危険側データ入出力回路との間に本質安全障壁を形成するデータ絶縁回路と、を含む絶縁回路と、
前記安全側回路、前記危険側回路、及び前記絶縁回路を支持するハウジングと、
を備えるゲートウェイ。
Used to monitor or control process variables of an industrial process , located in a non-hazardous environment and configured to power and communicate data to the antenna of a wireless sensor network located in a hazardous environment. A wireless sensor network gateway for industrial processes , comprising:
A safe power supply circuit configured to receive power from a non-intrinsically safe power source and non-intrinsically safe equipment including a remotely located industrial process control unit and process variable data related to process variables of the industrial process. a safe side data input/output circuit configured to communicate; and a safe side circuit including;
a hazardous power circuit configured to power the antenna; and a remotely located wireless field device used to sense or control a process variable of the industrial process. a hazardous data input/output circuit configured to pass data signals related to the process variable data to and from the antenna to communicate the process variable data to and from the antenna; and,
an isolation circuit that separates the safe side circuit from the dangerous side circuit, the safe side power supply circuit is coupled to the dangerous side power supply circuit, and an intrinsically safe circuit is provided between the safe side power supply circuit and the dangerous side power supply circuit; A power isolation circuit forming a barrier, the safe side data input/output circuit being coupled to the dangerous side data input/output circuit, and an intrinsically safe barrier between the safe side data input/output circuit and the dangerous side data input/output circuit. a data isolation circuit forming a data isolation circuit;
a housing that supports the safe side circuit, the dangerous side circuit, and the insulated circuit;
A gateway with
前記電力絶縁回路は、変圧器を含む、請求項1に記載のゲートウェイ。 The gateway of claim 1, wherein the power isolation circuit includes a transformer. 前記データ絶縁回路は、ガルバニック絶縁回路を含む、請求項2に記載のゲートウェイ。 3. The gateway of claim 2, wherein the data isolation circuit includes a galvanic isolation circuit. 前記ガルバニック絶縁回路は、光カプラを含む、請求項3に記載のゲートウェイ。 4. The gateway of claim 3, wherein the galvanic isolation circuit includes an optical coupler. 前記危険側電源回路は、前記アンテナに供給される前記電力の電圧を調整するように構成された電圧出力調整回路を含む、請求項3に記載のゲートウェイ。 4. The gateway of claim 3, wherein the dangerous power circuit includes a voltage output adjustment circuit configured to adjust the voltage of the power supplied to the antenna. 前記安全側電源回路は、ヒューズを含む、請求項5に記載のゲートウェイ。 6. The gateway according to claim 5, wherein the safe power supply circuit includes a fuse. 前記データ絶縁回路は、前記安全側データ入出力回路と前記危険側データ入出力回路との間を直接伝送する電気信号を遮断するように構成されている、請求項3に記載のゲートウェイ。 4. The gateway according to claim 3, wherein the data isolation circuit is configured to block electrical signals directly transmitted between the safe data input/output circuit and the dangerous data input/output circuit. 前記安全側データ入出力回路及び前記危険側データ入出力回路は、RS-485、ファウンデーションフィールドバス、フィールドバス本質安全コンセプト、及びIEEE 802.3cg/APL/2-WISEからなる群から選択されたデータ通信規格を実装するように構成されている、請求項3に記載のゲートウェイ。 The safe side data input/output circuit and the dangerous side data input/output circuit have data selected from the group consisting of RS-485, Foundation Fieldbus, Fieldbus Intrinsically Safe Concept, and IEEE 802.3cg/APL/2-WISE. 4. The gateway of claim 3, configured to implement a communications standard. 前記ハウジングはモジュール受容部を備え、
前記ゲートウェイは、
前記モジュール受容部内に取り外し可能に収容可能なモジュールであって、前記モジュールは、前記絶縁回路の少なくとも一部及び/又は前記危険側回路の少なくとも一部を含
むモジュールと、
前記モジュールを前記モジュール受容部内に固定するように構成された協働コネクタと、を含み、
前記モジュールが前記モジュール受容部内に収容されたときに、前記安全側回路と、前記危険側回路の一部及び/又は前記絶縁回路の一部との間に電気的接続が形成される、
請求項1に記載のゲートウェイ。
the housing includes a module receiver;
The gateway is
a module removably housed within the module receptacle, the module comprising at least a portion of the isolated circuit and/or at least a portion of the hazardous circuit;
a cooperating connector configured to secure the module within the module receptacle;
an electrical connection is formed between the safe circuit and a portion of the dangerous circuit and/or a portion of the isolated circuit when the module is housed in the module receiver;
The gateway according to claim 1.
前記モジュールは、前記電力絶縁回路の少なくとも一部及び/又は前記危険側電源回路の少なくとも一部と、前記データ絶縁回路の少なくとも一部及び/又は前記危険側データ入出力回路の少なくとも一部と、のうちの一方を含む、請求項9に記載のゲートウェイ。 The module includes at least a portion of the power isolation circuit and/or at least a portion of the dangerous power supply circuit, at least a portion of the data isolation circuit and/or at least a portion of the dangerous data input/output circuit, 10. The gateway of claim 9, comprising one of: 非危険環境に配置され、危険環境に配置された無線センサネットワークの複数のアンテナに電力を供給し、データを通信するように構成された、工業用プロセスのプロセス変数を監視又は制御するために使用される工業用プロセスのための無線センサネットワークゲートウェイであって、
非本質安全電源から電力を受け取るように構成された安全側電源回路と、複数の安全側データ入出力回路であって、各々が、遠隔に配置された工業用プロセス制御ユニットを含む非本質安全機器と前記工業用プロセスのプロセス変数に関連するプロセス変数データを通信するように構成された複数の安全側データ入出力回路と、を含む安全側回路と、
前記複数のアンテナに電力を供給するように構成された危険側電源回路と、複数の危険側データ入出力回路であって、各々が、遠隔に配置された無線フィールドデバイスであって、前記工業用プロセスのプロセス変数を検知又は制御するために使用される無線フィールドデバイスとの間で前記プロセス変数データを通信するために、前記複数のアンテナのうちの1つとの間で前記プロセス変数データに関連するデータ信号を受け渡すように構成された複数の危険側データ入出力回路と、を含む危険側回路と、
前記安全側回路を前記危険側回路から分離する絶縁回路であって、前記安全側電源回路を前記危険側電源回路に結合し、前記安全側電源回路と前記危険側電源回路との間に本質安全障壁を形成する電力絶縁回路と、複数のデータ絶縁回路であって、各々が、前記複数の安全側データ入出力回路のうちの1つを前記複数の危険側データ入出力回路のうちの対応する1つに結合し、前記複数の安全側データ入出力回路と対応する前記複数の危険側データ入出力回路との間に本質安全障壁を形成する複数のデータ絶縁回路と、を含む絶縁回路と、
前記安全側回路、前記危険側回路、及び前記絶縁回路を支持するハウジングと、
を備えるゲートウェイ。
Used to monitor or control process variables in an industrial process , located in a non-hazardous environment and configured to power and communicate data to multiple antennas of a wireless sensor network located in a hazardous environment. A wireless sensor network gateway for an industrial process comprising :
non-intrinsically safe equipment including a safe power circuit configured to receive power from a non-intrinsically safe power source and a plurality of safe data input/output circuits, each of which includes a remotely located industrial process control unit; and a plurality of safe data input/output circuits configured to communicate process variable data related to process variables of the industrial process ;
a dangerous power supply circuit configured to supply power to the plurality of antennas, and a plurality of dangerous data input/output circuits, each of which is a remotely located wireless field device, and which is configured to supply power to the plurality of antennas; associated with said process variable data to or from one of said plurality of antennas for communicating said process variable data to or from a wireless field device used to sense or control a process variable of a process. a dangerous circuit including a plurality of dangerous data input/output circuits configured to deliver data signals;
an isolation circuit that separates the safe side circuit from the dangerous side circuit, the safe side power supply circuit is coupled to the dangerous side power supply circuit, and an intrinsically safe circuit is provided between the safe side power supply circuit and the dangerous side power supply circuit; a power isolation circuit forming a barrier; and a plurality of data isolation circuits, each of which connects one of the plurality of safe data input/output circuits to a corresponding one of the plurality of dangerous data input/output circuits. a plurality of data isolation circuits coupled together to form an intrinsically safe barrier between the plurality of safe data input/output circuits and the corresponding plurality of dangerous data input/output circuits;
a housing that supports the safe side circuit, the dangerous side circuit, and the insulated circuit;
A gateway with
前記電力絶縁回路は、変圧器を含む、請求項11に記載のゲートウェイ。 12. The gateway of claim 11, wherein the power isolation circuit includes a transformer. 前記データ絶縁回路の各々は、少なくとも1つのガルバニック絶縁回路を含む、請求項12に記載のゲートウェイ。 13. The gateway of claim 12, wherein each of the data isolation circuits includes at least one galvanic isolation circuit. 前記ガルバニック絶縁回路は、光カプラを含む、請求項13に記載のゲートウェイ。 14. The gateway of claim 13, wherein the galvanic isolation circuit includes an optical coupler. 前記危険側電源回路は、前記アンテナに供給される前記電力の電圧を調整するように構成された電圧出力調整回路を含む、請求項13に記載のゲートウェイ。 14. The gateway of claim 13, wherein the dangerous power supply circuit includes a voltage output regulation circuit configured to regulate the voltage of the power supplied to the antenna. 前記安全側電源回路が、ヒューズを含む、請求項15に記載のゲートウェイ。 16. The gateway of claim 15, wherein the safe power circuit includes a fuse. 前記データ絶縁回路の各々は、接続された前記安全側データ入出力回路と前記危険側データ入出力回路との間を直接伝送する電気信号を遮断するように構成されている、請求項13に記載のゲートウェイ。 14. Each of the data isolation circuits is configured to block electrical signals directly transmitted between the connected safe data input/output circuit and the dangerous data input/output circuit. gateway. 前記安全側データ入出力回路の各々及び/又は前記危険側データ入出力回路の各々は、
RS-485、ファウンデーションフィールドバス、フィールドバス本質安全コンセプト、及びIEEE 802.3cg/APL/2-WISEからなる群から選択されたデータ通信規格を実装するように構成されている、請求項13に記載のゲートウェイ。
Each of the safe side data input/output circuits and/or each of the dangerous side data input/output circuits,
14. The data communication standard of claim 13, configured to implement a data communication standard selected from the group consisting of RS-485, Foundation Fieldbus, Fieldbus Intrinsically Safe Concept, and IEEE 802.3cg/APL/2-WISE. gateway.
前記ハウジングはモジュール受容部を備え、
前記ゲートウェイは、
前記モジュール受容部内に取り外し可能に収容可能なモジュールであって、前記モジュールは、前記絶縁回路の少なくとも一部及び/又は前記危険側回路の少なくとも一部を含
むモジュールと、
前記モジュールを前記モジュール受容部内に固定するように構成された協働コネクタと、を含み、
前記モジュールが前記モジュール受容部内に収容されたときに、前記安全側回路と、前記危険側回路の一部及び/又は前記絶縁回路の一部との間に電気的接続が形成される、
請求項11に記載のゲートウェイ。
the housing includes a module receiver;
The gateway is
a module removably housed within the module receptacle, the module comprising at least a portion of the isolated circuit and/or at least a portion of the hazardous circuit;
a cooperating connector configured to secure the module within the module receptacle;
an electrical connection is formed between the safe circuit and a portion of the dangerous circuit and/or a portion of the isolated circuit when the module is housed in the module receiver;
Gateway according to claim 11.
前記モジュールは、前記電力絶縁回路の少なくとも一部及び/又は前記危険側電源回路の少なくとも一部と、前記データ絶縁回路の少なくとも一部及び/又は前記危険側データ入出力回路の少なくとも一部と、のうちの一方を含む、請求項19に記載のゲートウェイ。 The module includes at least a portion of the power isolation circuit and/or at least a portion of the dangerous power supply circuit, at least a portion of the data isolation circuit and/or at least a portion of the dangerous data input/output circuit, 20. The gateway of claim 19 , comprising one of:
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